(57)【要約】【課題】反射防止機能を有する光学素子において、微細凹凸形状の高さ方向のバラツキを規定することで、作製の実現性が高く、さらに、低散乱且つ低反射率を有する光学素子を提供することである。【解決手段】反射防止機能を有する光学素子であって、光学面を有する光学部材と、前記光学部材の光学面上に形成された構造体とを有し、前記構造体の高さはバラツキを有し、前記構造体の高さのバラツキの標準偏差をσ（ｎｍ）、前記構造体の平均間隔をｐ（ｎｍ）、使用波長域のうち最も短い波長をλ（ｎｍ）としたとき、０．００３  ≦  （σ／λ）・（ｐ／λ）  ≦  ０．０６１０  ≦  ｐ  ≦  λ／２を満たすことを特徴とする。【選択図】図１
2013007886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射防止機能を有する光学素子であって、
光学面を有する光学部材と、
前記光学部材の光学面上に形成された構造体と、
を有し、
前記構造体の高さはバラツキを有し、
前記構造体の高さのバラツキの標準偏差をσ（ｎｍ）、前記構造体の平均間隔をｐ（ｎｍ）、使用波長域のうち最も短い波長をλ（ｎｍ）としたとき、
０．００３  ≦  （σ／λ）・（ｐ／λ）  ≦  ０．０６
１０  ≦  ｐ  ≦  λ／２
を満たすことを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記平均間隔が、
８０  ≦  ｐ  ≦  １６０
を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記光学素子は、型を用いて成形されることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記光学素子は、ガラス又はプラスチックからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項５】
前記使用波長域は、可視域および赤外域であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項６】
前記構造体は、
アルミニウム又はアルミニウム合金を陽極酸化する際に形成される細孔が表面に形成された金型を用いて、前記細孔を転写させることにより形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに１項に記載の光学素子。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学素子を有することを特徴とする光学系。
【請求項８】
請求項７の光学系を有することを特徴とする光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学素子及びそれを有する光学系、光学装置に関し、特に光学部材の表面（光入出射面）に反射防止機能を有する微細な凹凸形状からなる構造体を設け、反射防止を効果的に行った光学素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光学系に含まれるレンズ等の光学素子は、光学ガラスや光学プラスチック等の透明部材を用いて製作されている。このような透明部材は、屈折率が大きいため、反射率が高くなる。反射率が高いと、像面に到達する有効光量が少なくなってしまうとともに、不要な反射によってゴーストやフレアが生じる。このため、透明部材からなる光学素子は、反射防止機能を付与することが必要である。
【０００３】
光学素子に反射防止機能を付与する手法として、一般的には、光学干渉の理論に従って、透明部材の表面に薄膜の誘電体膜を複数層重ねた多層の反射防止膜を設ける手法が知られている。このような反射防止膜は、蒸着法やスパッタリング法などのドライ法（真空成膜法）、ディッピング法やスピンコート法等のウエット法（湿式成膜法）により形成される。特許文献１には、高屈折率薄膜と低屈折率薄膜の種類とそれぞれの膜厚を的確に選択することで仮想的に中間屈折率を得た反射防止膜を形成する方法が提案されている。
【０００４】
一方、このような反射防止膜よりもさらに反射防止効果が高い手法として、入射する光の波長（以下、使用波長という）程度の微細な凹凸形状を光学素子の表面上に複数形成した反射防止構造体が広く知られている。使用波長程度の微細な凹凸形状では、入射光はその凹凸形状を認識できずに一様な媒質であるかのように振る舞う。つまり、微細な凹凸形状からなる構造体は、凹凸形状を構成する材料の体積比に準じた見かけの屈折率を有し、通常の材料では得られないような低い屈折率を示す。このため、このような凹凸構造体を用いれば、高屈折率材料と低屈折率材料から形成される反射防止膜と比べて、より高い反射防止性能が得られる。
【０００５】
これらの反射防止構造体の作成手法としては、特許文献２に、陽極酸化法を利用し、金型に微細な孔を形成し、この孔を透明部材の成形時に転写することで、微細な凹凸形状を形成する手法が提案されている。また、特許文献３に、金型部材の表面に微細凹凸のレジストパターンを形成した後、反応性イオンエッチングなどの異方性エッチングを施し、レジストパターンを除去して微細部を作製する方法も提案されている。
【０００６】
微細凹凸形状からなる、反射防止構造体は、凹凸の形状や高さに応じて、反射防止性能が決定する。凹凸の形状に関しては、様々な形状が提案されている。例えば、非特許文献１には、光学面の法線方向に一律な太さで形成された微細凹凸形状が記載されている。このような形状で、高性能な反射防止効果を持つには、透明部材の屈折率をｎｓ、使用波長をλ（ｎｍ）としたとき、微細凹凸部の見かけの屈折率ｎ、および高さｄが、
【０００７】
【数１】
2013007886.tif 000003
【０００８】
【数２】
2013007886.tif 000004
【０００９】
を満たせばよい。しかしながら、このような形状は、単層の反射防止膜と同様の構成となり、高い反射防止効果を得られる波長帯域が狭い。
【００１０】
また、特許文献３では、錐形状の微細凹凸が提案されている。微細凹凸が錐形状の場合、光学素子側から空気側の体積比が連続的に変化するため、微細凹凸部の見かけの屈折率は、なだらかに変化する。これにより、錐形状の微細凹凸形状をもつ反射防止構造体では、広帯域で高い反射防止性能を有することができる。さらに、特許文献４では、錐形状の先端が欠けたような微細凹凸形状が提案されている。これは、先端を欠けさせることで、微細凹凸部の見かけの屈折率のなだらかな変化を保った状態で、成形の困難性や、耐摩耗性の低下を防いでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特公昭６１−５１２８３号公報
【特許文献２】特開平２−２５４１９２号公報
【特許文献３】特開２００１−２７２５０５号公報
【特許文献４】特開２００５−１７３４５７号公報
【非特許文献１】Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ，  Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．２４，ｐｐ４５６２−４５６７，  （１９８６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１で提案されたような、一般的な光学干渉の理論に従う反射防止膜は、ドライ法やウエット法のどちらの成膜手法においても、膜材料の制限や、膜層数増加の必要性などから、制約が多いといった問題がある。一方、特許文献２および３で提案されたように、微細な孔が形成された金型を利用した微細構造体形成手法は、透明部材の成形と同時に反射防止機能を有する微細凸形状の形成が可能であり、安価に光学素子を作製することが可能である。
【００１３】
光学素子上に形成された微細凹凸形状に入射した光は、
【００１４】
【数３】
2013007886.tif 000005
【００１５】
を満たした場合、不要な回折光、つまり散乱光が生じないことが一般的に知られている。ただし、ｎ１は空気の屈折率、ｎ２は微細凹凸形状を形成する透明部材の屈折率、θ１は入射角、θ２は射出角（回折角）、λは入射光の波長（ｎｍ）、ｐは個々の微細凹凸形状の平均間隔（ｎｍ）を示す。しかしながら、式（１）のみを満たしたとしても、形成された微細凹凸形状に高さ方向のバラツキがあった場合は、散乱が発生する。
【００１６】
非特許文献１、特許文献３および４で提案されたような、微細凹凸形状を光学素子表面上に容易に形成する手法として、それに応じた微細な孔を形成した金型の転写により作製する方法が上げられる。しかしながら、金型に形成した微細な孔の形状ばらつきや、金型の凹部に生じる空気溜まりや透明材料の流動性の問題による充填性の悪化などから、予定通りの形状で作製することは難しい。このため、成形により形成された微細凹凸形状は、高さ方向にバラツキを持った形状となり、散乱成分を有することとなる。
【００１７】
そこで、本発明は、微細凹凸形状の高さ方向のバラツキを規定することで、作製の実現性が高く、さらに、低散乱且つ低反射率を有する光学素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の一側面としての光学素子は、反射防止機能を有する光学素子であって、光学面を有する光学部材と、前記光学部材の光学面上に形成された構造体とを有し、前記構造体の高さはバラツキを有し、前記構造体の高さのバラツキの標準偏差をσ（ｎｍ）、前記構造体の平均間隔をｐ（ｎｍ）、使用波長域のうち最も短い波長をλ（ｎｍ）としたとき、
０．００３  ≦  （σ／λ）・（ｐ／λ）  ≦  ０．０６
１０  ≦  ｐ  ≦  λ／２
を満たすことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、微細凹凸形状の高さ方向のバラツキを規定することで、作製の実現性が高く、さらに、低散乱且つ低反射率を有する光学素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１（ａ）は、本発明の実施例である光学素子の光学面における垂直方向の断面の一部分を模式的に表した図である。図１（ｂ）は、本発明の実施例である光学素子の光学面における水平方向の断面の一部分を模式的に表した図である。
【図２】透過散乱量（％）と、標準偏差σと平均凸部間距離ｐ（それぞれを使用波長λで規格化）の積である（σ／λ）・（ｐ／λ）との関係図である。
【図３】図３（ａ）は、本発明の実施例１の光学素子における５５０ｎｍでの反射防止構造体部の見かけ上の屈折率変化を示す図である。図３（ｂ）は、本発明の実施例１の光学素子における透過散乱特性を示す図である。図３（ｃ）は、本発明の実施例１の光学素子における反射率特性を示す図である。
【図４】図４（ａ）は、本発明の実施例２の光学素子における５５０ｎｍでの反射防止構造体部の見かけ上の屈折率変化を示す図である。図４（ｂ）は、本発明の実施例２の光学素子における透過散乱特性を示す図である。図４（ｃ）は、本発明の実施例２の光学素子における反射率特性を示す図である。
【図５】図５（ａ）は、本発明の実施例３の光学素子における５５０ｎｍでの反射防止構造体部の見かけ上の屈折率変化を示す図である。図５（ｂ）は、本発明の実施例３の光学素子における透過散乱特性を示す図である。図５（ｃ）は、本発明の実施例３の光学素子における反射率特性を示す図である。
【図６】図６（ａ）は、本発明の実施例４の光学素子における５５０ｎｍでの反射防止構造体部の見かけ上の屈折率変化を示す図である。図６（ｂ）は、本発明の実施例４の光学素子における透過散乱特性を示す図である。図６（ｃ）は、本発明の実施例４の光学素子における反射率特性を示す図である。
【図７】図７（ａ）は、本発明の比較例１の光学素子における５５０ｎｍでの反射防止構造体部の見かけ上の屈折率変化を示す図である。図７（ｂ）は、本発明の比較例１の光学素子における透過散乱特性を示す図である。図７（ｃ）は、本発明の比較例１の光学素子における反射率特性を示す図である。
【図８】図８（ａ）は、本発明の比較例２の光学素子における５５０ｎｍでの反射防止構造体部の見かけ上の屈折率変化を示す図である。図８（ｂ）は、本発明の比較例２の光学素子における透過散乱特性を示す図である。図８（ｃ）は、本発明の比較例２の光学素子における反射率特性を示す図である。
【図９】本発明の実施例５である撮像光学系の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
本発明の実施形態にかかわる反射防止機能を有する光学素子の光学面において、図１（ａ）は、垂直方向の断面の一部分を模式的に表した図であり、図１（ｂ）は、水平方向の断面の一部分を模式的に表した図である。実施例の光学素子は、平坦な光学面を有する透明部材１２からなるが、本発明において、光学面の形状は凸面であっても、凹面であってもかまわない。本発明の光学素子は、透明部材１２（光学部材）の光学面上に、使用波長域のうち最も短い波長よりも小さい平均間隔を有する微細な凸部形状１１（構造体）を有する。本発明において、同図（ａ）のように、凸部の高さは、バラツキを有しランダムである。観測範囲にｎ個の凸部がある場合、それぞれの凸部の高さをｈ１、ｈ２、・・・、ｈｎ−１、ｈｎとすると、ｎ個の凸部における高さの平均ｈ（ｎｍ）は、
【００２３】
【数４】
2013007886.tif 000006
【００２４】
と表すことが出来る。このとき、ｎ個の凸部における高さ方向の標準偏差σ（ｎｍ）は
【００２５】
【数５】
2013007886.tif 000007
【００２６】
と、表すことができる。
【００２７】
また、本発明において、凸部の配列は規則的な配列であってもランダム配列であってもかまわない。本実施例においては、説明の便宜上、同図（ｂ）のように、ランダム配列としている。隣接する凸部の平均間隔ｐ（ｎｍ）とは、三角格子状に近似配列した際の重心間距離の平均値を示すこととした。つまり、直近６個の凸部に対する重心間距離の平均を凸部ｉの平均重心間距離（以下、平均凸部間距離ともいう。）ｐｉ（ｎｍ）とした。ただし、凸部の重心とは、凸部を光学面の水平方向から観察した場合の最外周における形状での重心を意味する。観測範囲にｎ個の凸部がある場合、このようにして導出したそれぞれの凸部の平均重心間距離をｐ１、ｐ２、・・・、ｐｎ−１、ｐｎとすると、ｎ個の凸部間の平均間隔ｐ（ｎｍ）は、
【００２８】
【数６】
2013007886.tif 000008
【００２９】
と表すことができる。本実施例において、凸部の形状は光学面の法線方向に一律な太さとしているが、本発明において、凸部はどのような形状であってもかまわない。
【００３０】
図２に、透過散乱量（％）と、標準偏差σ（ｎｍ）と平均凸部間距離ｐ（ｎｍ）（それぞれを使用波長λ（ｎｍ）で規格化）の積である（σ／λ）・（ｐ／λ）との関係を示す。同図において、凸部の形状は、円柱状であり、平均高さｈは１００ｎｍである。また、同図におけるλは、４００〜７００ｎｍの場合を示している。点２−１は、光学面に対し水平方向において、凸部からなる構造体が占める割合（以後、面積占有率）Ｆが７０％であり、点２−２は、面積占有率Ｆが３０％である。同図から、透過散乱量は、波長λによらず、（σ／λ）・（ｐ／λ）に依存し、ほぼ同一曲線状にのることが確認できた。さらに、点２−１は点２−２よりも、透過散乱量が大きいことが読み取れ、透過散乱量は面積占有率Ｆが大きいほど大きいことが確認できた。凸部形状を柱状や錐台状として、透過散乱量（％）と、（σ／λ）・（ｐ／λ）との関係を調べたところ、高さバラツキにより生ずる透過散乱量は、円柱形状の場合がもっとも顕著に現れた。よって、許容できる散乱量の上限は、面積占有率Ｆが７０％の円柱形状を基準として導出することにした。
【００３１】
一般的に、凸部の高さバラツキが要因となり発生する透過散乱量は入射光が長波長であるほど減少する。さらに、検討の結果、使用波長の最短波長の散乱量が７％以下であれば、光学性能として、問題がないことが確認できている。逆に、透過散乱量が７％を超えた場合は、散乱が大きく光学素子として良品でなくなるといえる。図２から、透過散乱量が７％以下となるのは、（σ／λ）・（ｐ／λ）が０．０６以下の範囲であり、これを許容できる透過散乱量の上限の条件とした。
【００３２】
一方、（σ／λ）・（ｐ／λ）は、平均凸部間距離ｐ（ｎｍ）を小さくすれば、許容できる標準偏差σ（ｎｍ）を大きくすることができ、標準偏差σ（ｎｍ）を小さくすれば、許容できる平均凸部間距離ｐ（ｎｍ）を大きくすることができることを意味する。しかし、例えば、金型の微細孔を転写することにより微細凸形状を光学素子上に形成する場合を考える。このとき、微細孔が小さい、つまり平均凸部間距離ｐ（ｎｍ）が小さすぎると、成形時に孔中に樹脂が入りにくくなり、凸部の高さが低くなるため、高い反射防止性能を有した素子の作製は困難となる。また、標準偏差σ（ｎｍ）を小さくするにしても、金型に形成した微細な孔の形状ばらつきや、金型の凹部に生じる空気溜まりや透明材料の流動性の問題による充填性の悪化などから、予定通りの形状で作製することは難しい。よって、（σ／λ）・（ｐ／λ）の下限値は、実現できるσとｐから導出でき、この値は、検討の結果、０．００３であった。この下限値０．００３を超えた場合は、光学素子の作製が困難となる。
【００３３】
以上から、
【００３４】
【数７】
2013007886.tif 000009
【００３５】
を満たすのがよい。また、平均凸部間距離ｐ（ｎｍ）に関しては、高い反射防止性能を有する素子が作製できる最小値と、散乱が生じない条件式（３）から、
【００３６】
【数８】
2013007886.tif 000010
【００３７】
を満たすのがよい。ただし、標準偏差σ、平均凸部間距離ｐ、波長λのいずれの単位もｎｍである。
【００３８】
さらに、許容できる透過散乱量を狭めた場合、好ましくは、
【００３９】
【数９】
2013007886.tif 000011
【００４０】
を満たすのがよい。式（９）の下限を超えた場合、光学素子の作製が困難となる。また、式（９）の上限以下であれば、非常に散乱が小さい良品な光学素子となる。
【００４１】
本発明における光学素子は、型を用いた成形により形成されるものであれば、ガラスあるいはプラスチックのいずれであっても構わない。また、微細凸形状の形成方法としては、アルミニウムあるいはアルミニウム合金を陽極酸化する際に形成される細孔を金型表面に形成する金型製造工程と、前記金型を用いて前記細孔を転写させて形成される方法を用いることができる。本実施例の光学素子は、これに限定されるものではなく、他の手法を用いても構わない。
【００４２】
以下に、具体的な実施例を示す。ただし、これらは例に過ぎず、本発明はこれらに限定されるものではない。
【実施例１】
【００４３】
本発明の実施例１では、可視光領域（４００〜７００ｎｍ）で使用する光学素子について示す。光学素子材料としては、樹脂であるシクロオレフィンポリマー（ｎｄ＝１．５３）を使用した。光学素子成形用金型に微細孔を付与する方法は、特に限定しない。本実施例では、微細孔を陽極酸化にて作製した。金型面上にプライマー層、アルミニウム層の順に成膜する。それから、１０℃に温調した５重量％リン酸水溶液中にて、直流電源６０Ｖを印加通電し、通電流量が十分微弱になるまで通電することで、金型面にランダムな配列で且つ面に垂直な微細孔を作製した。さらに、印加通電無しで５重量％リン酸水溶液中に１０分間浸漬し、徐々に食刻させながら孔径を広げた。この手法では、微細孔は金型にランダムに配列されるため、個々の孔径の広がり方が均等ではなくなり、ある程度のバラツキを生じさせることができる。上記手順により製作した金型を用いて、シクロオレフィンポリマーを射出成形して、可視光領域に使用する光学素子を得た。このとき、型温度は１３０℃、樹脂注入時の保圧を１０００ｋｇ/ｃｍ２とした。
【００４４】
上記製造法により得られた光学素子の光学面の形状観察を行った。走査型電子顕微鏡により、光学面の５箇所において、２μｍ×２μｍの範囲を観察したところ、ランダムに配列した柱状の微細な凹凸形状（凹凸部）が観察できた。これらの柱状の凸形状は、光学面の法線方向に向かって立ち、さらに、凸形状の太さは先端に向かってほぼ一様であった。さらに、光学面を水平方向から観察した画像から、面積占有率Ｆは５０％であり、平均凸部間距離ｐは式（６）より、１５０ｎｍであることが確認できた。
【００４５】
次に、原子間力顕微鏡により、光学面内の５箇所において、２μｍ×２μｍの範囲を観察した。結果、凸部の高さは８９〜１２９ｎｍの間でばらついており、平均高さｈは、式（４）により、１０９ｎｍであり、高さ方向の標準偏差σは式（５）により、１３．９ｎｍであることが確認できた。
【００４６】
使用する可視光の最短波長λは４００ｎｍであるので、（σ／λ）・（ｐ／λ）は０．０１３である。以上から、実施例１は式（７）および（８）を満足する。図３（ａ）には、微細凹凸形状からなる構造体部における、波長５５０ｎｍでの見かけ上の屈折率、図３（ｂ）には、４００〜７００ｎｍの波長域における透過散乱特性、図３（ｃ）には、４００〜７００ｎｍの波長域における反射率特性を示す。実施例１の透過散乱特性は、４００〜７００ｎｍの波長域で０．５％以下と非常に良い結果を示した。一方、反射率特性においても、４００〜７００ｎｍの波長域で０．８５％以下と非常に良い結果を示した。以上から、実施例１の光学素子は、低散乱かつ低反射率であることがいえる。
【実施例２】
【００４７】
本発明の実施例２では、可視光領域（４００〜７００ｎｍ）で使用する光学素子について示す。光学素子材料としては、樹脂であるシクロオレフィンポリマー（ｎｄ＝１．５３）を使用した。実施例２の光学素子作製に使用する金型は、実施例１と同様に陽極酸化により作製した。このとき、５重量％リン酸水溶液中にて、直流電源６０Ｖを印加通電した後、印加通電無しでリン酸水溶液中に５分間浸漬することで、微細孔の形成を行った。製作した金型を用いて、シクロオレフィンポリマーを射出成形し、可視光領域で使用する光学素子を得た。型温度、保圧は、実施例１と同様とした。
【００４８】
上記製造法により得られた光学素子の光学面の形状観察を行った。走査型電子顕微鏡により、光学面の５箇所において、２μｍ×２μｍの範囲を観察したところ、ランダムに配列した柱状の微細な凹凸形状が観察できた。これらの柱状の凸形状は、光学面の法線方向に向かって立ち、さらに、凸形状の太さは先端に向かってほぼ一様であった。さらに、これらの画像から、面積占有率Ｆは７０％であり、平均凸部間距離pは式（６）より、１００ｎｍであることが確認できた。
【００４９】
次に、原子間力顕微鏡により、光学面内の５箇所において、２μｍ×２μｍの範囲を観察した。結果、凸部の高さは１８〜１８２ｎｍの間でばらついており、平均高さｈは、式（４）により、１００ｎｍであり、高さ方向の標準偏差σは式（５）により、５７．１ｎｍであることが確認できた。
【００５０】
使用する可視光の最短波長λは４００ｎｍであるので、（σ／λ）・（ｐ／λ）は０．０３６である。以上から、実施例２は式（７）および（８）を満足する。図４（ａ）には、微細凹凸形状からなる構造体部における、波長５５０ｎｍでの見かけ上の屈折率、図４（ｂ）には、４００〜７００ｎｍの波長域における透過散乱特性、図４（ｃ）には、４００〜７００ｎｍの波長域における反射率特性を示す。実施例２の透過散乱特性は、４００〜７００ｎｍの波長域で３．０％以下と非常に良い結果を示した。一方、反射率特性においても、４００〜７００ｎｍの波長域で０．８０％以下と非常に良い結果を示した。以上から、実施例２の光学素子は、低散乱かつ低反射率であることがいえる。
【実施例３】
【００５１】
本発明の実施例３では、可視光領域（４００〜７００ｎｍ）で使用する光学素子について示す。光学素子材料としては、バリウム系ガラス（ｎｄ＝１．５８）を使用した。実施例３では、光学素子成形用金型に微細孔を付与するため、電子線リソグラフィーとドライエッチング使用した。まず、電子線リソグラフィーにより、金型表面に微細孔パターンを形成した後、ドライエッチングによって、孔の深さ方向を深くした。このとき、微細孔パターンには、ある程度バラツキをもたせた。上記手順により製作した金型表面に離型膜を形成してから、モールド成形機において、バリウム系ガラス材料を成形して、可視光用の光学素子を得た。
【００５２】
上記製造法により得られた光学素子の光学面の形状観察を行った。走査型電子顕微鏡により、光学面の５箇所において、２μｍ×２μｍの範囲を観察したところ、ランダムに配列した柱状の微細な凹凸形状が観察できた。これらの柱状の凸形状は、光学面の法線方向に向かって立ち、さらに、凸形状の太さは先端に向かってほぼ一様であった。さらに、これらの画像から、面積占有率Ｆは５０％であり、平均凸部間距離ｐは式（６）より、１８０ｎｍであることが確認できた。
【００５３】
次に、原子間力顕微鏡により、光学面内の５箇所において、２μｍ×２μｍの範囲を観察した。結果、凸部の高さは６１〜１４１ｎｍの間でばらついており、平均高さｈは、式（４）により、１０１ｎｍであり、高さ方向の標準偏差σは式（５）により、２７．８ｎｍであることが確認できた。
【００５４】
使用する可視光の最短波長λは４００ｎｍであるので、（σ／λ）・（ｐ／λ）は０．０３１である。以上から、実施例３は式（７）および（８）を満足する。図５（ａ）には、微細凹凸形状からなる構造体部における、波長５５０ｎｍでの見かけ上の屈折率、図５（ｂ）には、４００〜７００ｎｍの波長域における透過散乱特性、図５（ｃ）には、４００〜７００ｎｍの波長域における反射率特性を示す。実施例３の透過散乱特性は、４００〜７００ｎｍの波長域で２．０％以下と非常に良い結果を示した。一方、反射率特性においても、４００〜７００ｎｍの波長域で０．８０％以下と非常に良い結果を示した。以上から、実施例３の光学素子は、低散乱かつ低反射率であることがいえる。
【実施例４】
【００５５】
本発明の実施例４では、可視光領域（４００〜７００ｎｍ）で使用する光学素子について示す。光学素子材料としては、樹脂であるシクロオレフィンポリマー（ｎｄ＝１．５３）を使用した。実施例４の光学素子作製に使用する金型は、実施例１と同様に陽極酸化により作製した。このとき、リン酸水溶液中にて、直流電源６０Ｖを印加通電し、微細孔をアルミニウム層の１／４程度まで形成させた後、印加通電無しでリン酸水溶液中に浸漬し、徐々に食刻させながら孔径を広げた。この工程を数回繰り返すことで、深さ方向に徐々に孔径が細くなるようにした。製作した金型を用いて、シクロオレフィンポリマーを射出成形して、可視光領域に使用する光学素子を得た。型温度、保圧は実施例１と同様とした。
【００５６】
上記製造法により得られた光学素子の光学面の形状観察を行った。走査型電子顕微鏡により、光学面の５箇所において、２μｍ×２μｍの範囲を観察したところ、ランダムに配列した柱状の微細な凹凸形状が観察できた。これらの凸形状は、光学面の法線方向に向かって立ち、さらに、凸形状の太さは先端が根元よりも細い形状であった。さらに、これらの画像から、平均凸部間距離ｐは式（６）より、２００ｎｍであることが確認できた。
【００５７】
次に、原子間力顕微鏡により、光学面内の５箇所において、２μｍ×２μｍの範囲を観察した。結果、凸部の高さは１５０〜３００ｎｍの間でばらついており、平均高さｈは、式（４）により、１６４ｎｍであり、高さ方向の標準偏差σは式（５）により、３５．５ｎｍであることが確認できた。
【００５８】
使用する可視光の最短波長λは４００ｎｍであるので、（σ／λ）・（ｐ／λ）は０．０４１である。以上から、実施例４は式（７）および（８）を満足する。図６（ａ）には、微細凹凸形状からなる構造体部における、波長５５０ｎｍでの見かけ上の屈折率、図６（ｂ）には、４００〜７００ｎｍの波長域における透過散乱特性、図６（ｃ）には、４００〜７００ｎｍの波長域における反射率特性を示す。実施例４の透過散乱特性は、４００〜７００ｎｍの波長域で１．０％以下と非常に良い結果を示した。一方、反射率特性においても、４００〜７００ｎｍの波長域で０．３％以下と非常に良い結果を示した。以上から、実施例４の光学素子は、低散乱かつ低反射率であることがいえる。
【実施例５】
【００５９】
図９には、実施例１〜４に示した光学素子を用いた撮像光学系（結像光学系）を示している。この撮像光学系は、デジタルカメラ、ビデオカメラ及び交換光学素子等の光学装置に用いられる。図９において、４３は撮像面であり、ＣＣＤセンサ又はＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）が配置される。４２は絞りである。４４は光学素子であり、その入射面及び射出面のうち少なくとも一方に、実施例１〜４に示した微細凹凸形状からなる構造体１１からなる反射防止構造４１（図中に多数のドットで示す）を有する。本実施例の撮像光学系の使用波長領域は可視域であり、使用波長域における最も短い波長を４００ｎｍとしている。
【００６０】
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。また、使用波長（使用波長域）も可視光（可視域）に限らず、赤外光（赤外域）であってもかまわない。
（比較例１）
比較例１は、可視光領域（４００〜７００ｎｍ）で使用する光学素子であり、光学素子材料としては、樹脂であるシクロオレフィンポリマー（ｎｄ＝１．５３）を使用した。比較例１の光学素子作製に使用する金型は、実施例１と同様に陽極酸化により作製した。このとき、５重量％リン酸水溶液中にて、直流電源７０Ｖを印加通電し、微細孔を作製した後、印加通電無しでリン酸水溶液中に１０分間浸漬することで、微細孔の形成を行った。製作した金型を用いて、シクロオレフィンポリマーを射出成形して、可視光領域に使用する光学素子を得た。型温度１１０度、保圧は９００ｋｇ/ｃｍ２とした。
【００６１】
上記製造法により得られた光学素子の光学面の形状観察を行った。走査型電子顕微鏡により、光学面の５箇所において、２μｍ×２μｍの範囲を観察したところ、ランダムに配列した柱状の微細な凹凸形状が観察できた。これらの柱状の凸形状は、光学面の法線方向に向かって立ち、さらに、凸形状の太さは先端に向かってほぼ一様であった。さらに、これらの画像から、面積占有率Ｆは７０％であり、平均凸部間距離ｐは式（６）より、１８０ｎｍであることが確認できた。
【００６２】
次に、原子間力顕微鏡により、光学面内の５箇所において、２μｍ×２μｍの範囲を観察した。結果、凸部の高さは１０〜１９０ｎｍの間でばらついており、平均高さｈは、式（４）により、１００ｎｍであり、高さ方向の標準偏差σは式（５）により、６２．７ｎｍであることが確認できた。
【００６３】
使用する可視光の最短波長λは４００ｎｍであるので、（σ／λ）・（ｐ／λ）は０．０７１である。以上から、比較例１は式（７）を満足しない。図７（ａ）には、微細凹凸形状からなる構造体部における、波長５５０ｎｍでの見かけ上の屈折率、図７（ｂ）には、４００〜７００ｎｍの波長域における透過散乱特性、図７（ｃ）には、４００〜７００ｎｍの波長域における反射率特性を示す。比較例１の反射特性は、４００〜７００ｎｍの波長域において、０．７％以下と非常に低いという結果となっているが、透過散乱特性が、４００ｎｍの波長で９％程度、７００ｎｍの波長でも２．５％程度と非常に大きい。以上から、比較例１の光学素子は非常に散乱が大きく、光学素子としては、良品でないことがいえる。
（比較例２）
比較例２は可視光領域（４００〜７００ｎｍ）で使用する光学素子であり、光学素子材料としては、樹脂であるシクロオレフィンポリマー（ｎｄ＝１．５３）を使用した。比較例２の光学素子作製に使用する金型は、実施例１と同様に陽極酸化により作製した。このとき、リン酸水溶液中にて、直流電源７０Ｖを印加通電し、微細孔をアルミニウム層の１／４程度まで形成させた後、印加通電無しでリン酸水溶液中に５分間浸漬し、徐々に食刻させながら孔径を広げた。この工程を数回繰り返すことで、深さ方向に徐々に孔径が細くなるようにした。製作した金型を用いて、シクロオレフィンポリマーを射出成形して、可視光領域に使用する光学素子を得た。型温度は１１０℃、保圧は８５０ｋｇ/ｃｍ２とした。
【００６４】
上記製造法により得られた光学素子の光学面の形状観察を行った。走査型電子顕微鏡により、光学面の５箇所において、２μｍ×２μｍの範囲を観察したところ、ランダムに配列した柱状の微細な凹凸形状が観察できた。これらの凸形状は、光学面の法線方向に向かって立ち、さらに、凸形状の太さは先端が根元よりも細い形状であった。さらに、これらの画像から、平均凸部間距離ｐは式（６）より、２００ｎｍであることが確認できた。
【００６５】
次に、原子間力顕微鏡により、光学面内の５箇所において、２μｍ×２μｍの範囲を観察した。結果、凸部の高さは３０〜３００ｎｍの間でばらついており、平均高さｈは、式（４）により、１１１ｎｍであり、高さ方向の標準偏差σは式（５）により、６９．５ｎｍであることが確認できた。
【００６６】
使用する可視光の最短波長λは４００ｎｍであるので、（σ／λ）・（ｐ／λ）は０．０８７である。以上から、比較例２は式（７）を満足しない。図８（ａ）には、微細凹凸形状からなる構造体部における、波長５５０ｎｍでの見かけ上の屈折率、図８（ｂ）には、４００〜７００ｎｍの波長域における透過散乱特性、図８（ｃ）には、４００〜７００ｎｍの波長域における反射率特性を示す。比較例２の反射率特性は、０．４％以下と非常に良い結果を示したが、透過散乱特性は、４００ｎｍの波長で１０％以上、５５０ｎｍの波長で３％以上と非常に大きい。以上から、比較例２の光学素子は非常に散乱が大きく、光学素子としては、良品でないことがいえる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明により、微細凹凸形状の高さ方向のバラツキを規定することで、作製の実現性が高く、さらに、低散乱且つ低反射率を有する光学素子を提供することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１１   凹凸構造体
１２   透明部材
４１   反射防止構造
４２   絞り
４３   撮像面
４４   光学素子
【図１】
2013007886.tif 000012
【図２】
2013007886.tif 000013
【図３】
2013007886.tif 000014
【図４】
2013007886.tif 000015
【図５】
2013007886.tif 000016
【図６】
2013007886.tif 000017
【図７】
2013007886.tif 000018
【図８】
2013007886.tif 000019
【図９】
2013007886.tif 000020